Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ...

28
Nr 184–185 Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI W WARUNKACH POŻARU 1 Streszczenie: Przewody elektroenergetyczne i telekomunikacyjne, stosowane w systemach zasilania i sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej i w innych syste- mach krytycznych, powinny nie tylko przetrwać pożar, ale nawet w warunkach pożaru powinny nadal wypełniać swoją funkcję przez wymagany czas. Powinny mieć zdolność podtrzymania funkcji. Dla większej pewności tę zdolność normuje się i sprawdza nie na samych przewodach, lecz na tzw. zespołach kablowych, obejmujących kable bądź inne przewody wraz z ich podpora- mi i wszelkimi zamocowaniami oraz innym osprzętem, a nawet łącznie z podłożem. W Europie takie podejście jako pierwsi wprowadzili Niemcy w roku 1991 i właściwie nadal mają na naszym kontynencie monopol na badanie w specjalnych piecach zdolności podtrzymania funkcji zespo- łów kablowych. Prace nad normą europejską obejmującą ten zakres techniki są na ukończeniu. Wstęp W przypadku wszelkich przewodów elektrycznych interesująca jest ich reakcja na ogień, tzn. czy i w jakim stopniu są palne (reakcja pierwotna) oraz czy i w jakim stop- niu, paląc się, wydzielają nieprzejrzysty dym i toksyczne bądź korozyjne substancje (reakcja wtórna). Te właściwości dają się określić precyzyjnie za pomocą umownych wskaźników liczbowych, czyli dają się skwantyfikować. Nietrudno się domyślić, że lepiej mieć do czynienia z przewodami trudno zapalnymi, nierozprzestrzeniającymi płomienia, niedymiącymi i niewydzielającymi szkodliwych gazów, ale oczywiście są one droższe. Bywają zastosowania, w których takie właściwości są wprawdzie szczególnie po- żądane, ale one nie wystarczają. Potrzebne są przewody, które nawet w warunkach pożaru pozostaną w pełni sprawne, nadal przez wymagany czas – od 30 min 2 do 90 min (wyjątkowo nawet do 180 min) zależnie od zastosowania – będą pełniły swoją funkcję przesyłania energii elektrycznej albo informacji. Przewody takie powinny być zatem ognioodporne przez określony czas, a co więcej – powinny być zdolne do podtrzymania funkcji. Takie wymagania stawia się przewodom bądź nawet kom- pletnemu oprzewodowaniu w wielu instalacjach bezpieczeństwa, a zwłaszcza w sys- temach zasilania i sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej. Warunki, o których mowa, występują w budynkach i innych obiektach budowla- nych niebezpiecznych pod względem pożarowym ze względu na to, że jednocześnie może w nich przebywać duża liczba osób (klasyfikacja ZL), np. szkoły i uczelnie, sale 1 Artykuł jest rozszerzoną wersją referatu z konferencji szkoleniowej firmy INFOTECH „Automatyka, elektryka, zakłócenia” 4–6 czerwca 2014 r. w Cetniewie. 2 W niektórych krajach w mniej odpowiedzialnych zastosowaniach ta dolna granica jest niższa.

Transcript of Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ...

Page 1: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

31

Edward MUSIAŁPolitechnika Gdańska

OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI W WARUNKACH POŻARU1

Streszczenie: Przewody elektroenergetyczne i  telekomunikacyjne, stosowane w  systemach zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej i  w  innych syste-mach krytycznych, powinny nie tylko przetrwać pożar, ale nawet w warunkach pożaru powinny nadal wypełniać swoją funkcję przez wymagany czas. Powinny mieć zdolność podtrzymania funkcji. Dla większej pewności tę zdolność normuje się i sprawdza nie na samych przewodach, lecz na tzw. zespołach kablowych, obejmujących kable bądź inne przewody wraz z ich podpora-mi i wszelkimi zamocowaniami oraz innym osprzętem, a nawet łącznie z podłożem. W Europie takie podejście jako pierwsi wprowadzili Niemcy w roku 1991 i właściwie nadal mają na naszym kontynencie monopol na badanie w specjalnych piecach zdolności podtrzymania funkcji zespo-łów kablowych. Prace nad normą europejską obejmującą ten zakres techniki są na ukończeniu.

WstępW przypadku wszelkich przewodów elektrycznych interesująca jest ich reakcja na

ogień, tzn. czy i w jakim stopniu są palne (reakcja pierwotna) oraz czy i w jakim stop-niu, paląc się, wydzielają nieprzejrzysty dym i toksyczne bądź korozyjne substancje (reakcja wtórna). Te właściwości dają się określić precyzyjnie za pomocą umownych wskaźników liczbowych, czyli dają się skwantyfikować. Nietrudno się domyślić, że lepiej mieć do czynienia z przewodami trudno zapalnymi, nierozprzestrzeniającymi płomienia, niedymiącymi i niewydzielającymi szkodliwych gazów, ale oczywiście są one droższe.

Bywają zastosowania, w których takie właściwości są wprawdzie szczególnie po-żądane, ale one nie wystarczają. Potrzebne są przewody, które nawet w warunkach pożaru pozostaną w pełni sprawne, nadal przez wymagany czas – od 30 min2 do 90 min (wyjątkowo nawet do 180 min) zależnie od zastosowania – będą pełniły swoją funkcję przesyłania energii elektrycznej albo informacji. Przewody takie powinny być zatem ognioodporne przez określony czas, a co więcej – powinny być zdolne do podtrzymania funkcji. Takie wymagania stawia się przewodom bądź nawet kom-pletnemu oprzewodowaniu w wielu instalacjach bezpieczeństwa, a zwłaszcza w sys-temach zasilania i sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej.

Warunki, o których mowa, występują w budynkach i innych obiektach budowla-nych niebezpiecznych pod względem pożarowym ze względu na to, że jednocześnie może w nich przebywać duża liczba osób (klasyfikacja ZL), np. szkoły i uczelnie, sale

1 Artykuł jest rozszerzoną wersją referatu z  konferencji szkoleniowej firmy INFOTECH „Automatyka, elektryka, zakłócenia” 4–6 czerwca 2014 r. w Cetniewie.

2 W niektórych krajach w mniej odpowiedzialnych zastosowaniach ta dolna granica jest niższa.

Page 2: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

32

i obiekty widowiskowe, sale i obiekty sportowe, sale i obiekty restauracyjne bądź roz-rywkowe, duże dworce lotnicze, kolejowe, wodne i inne oraz wszelkie budynki wy-sokie i wysokościowe (mieszkalne, biurowe, handlowe…). Sytuacja staje się tym bar-dziej kłopotliwa i groźna, jeśli chodzi o dużą liczbę osób z jakiegokolwiek powodu nie w pełni sprawnych: żłobki i przedszkola, szpitale i sanatoria, zakłady opiekuńcze, więzienia.

Warunki, o których mowa, występują także w budynkach i innych obiektach bu-dowlanych niebezpiecznych pod względem pożarowym ze względu na to, że magazy-nuje się w nich lub przerabia duże ilości materiałów palnych (klasyfikacja PM), np. magazyny materiałów palnych, rozdzielnie palnych cieczy i gazów, zakłady przemy-słowe wytwarzające, przerabiające i/lub magazynujące substancje i materiały palne.

1. Wymagany czas podtrzymania funkcjiWymagany czas podtrzymania funkcji urządzeń stosowanych w systemach zasi-

lania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej jest bezpo-średnio bądź pośrednio określony w  normach europejskich oraz w  przepisach bu-dowlanych poszczególnych krajów [1, 2, 6, 12], ale nie są to wymagania ujednolicone (rys. 1). Nie ma w tym nic złego, bo spotyka się sytuacje nietypowe, które wymagają indywidualnego rozważenia.

Rys. 1. Wymagany czas podtrzymania funkcji w większości krajów Unii Europejskiej (wg ilu-stracji firmy Dätwyler)

Wybuch pożaru w dużym i ludnym obiekcie niebezpiecznym pod względem po-żarowym powinien być jak najszybciej wykrywany przez czujki dymu, ognia lub tem-peratury, co powinno uruchamiać system sygnalizacji pożaru. Jeżeli alarm nie jest fałszywy, a  zagrożenie poważne, to powinna natychmiast rozpocząć się ewakuacja ludzi i zwierząt domowych z przestrzeni objętych pożarem. Ewakuacja powinna się zakończyć przed upływem 30 min, a najdalej przed upływem 60 min. Może jednak przedłużyć się do 90 min, a  nawet do 120 min, jeśli trzeba ewakuować dźwigami

System napowietrzania i oddymiania

Dźwig pożarniczy

System oddymiania jeżeli E < 90

Oświetlenie awaryjne

SAP

DSODźwig łóżkowy ewakuacyjny

Pompa tryskaczowa

E90E30

Page 3: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

33

łóżkowymi dużą liczbę pacjentów szpitala (tabl. 1). Z innych powodów może się tak przedłużyć ewakuacja więzienia.

Tablica 1. Klasyfikacja systemów zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej ze względu na wymagany czas podtrzymania funkcji

Poziom wymagań Przykłady instalacji bądź obwodów bezpieczeństwa

Brak wymagań • Zwykłe instalacje i obwody

Wymagania wysokie E30 lub E60 (P30 lub P60) 30 lub 60 min

• Sygnalizacja alarmu pożarowego SAP, dźwiękowy system ostrze-gawczy DSO, sygnalizacja zadymienia,

• Oświetlenie awaryjne, zwłaszcza oświetlenie ewakuacyjne, oświe-tlenie znaków bezpieczeństwa,

• Ewakuacyjne dźwigi osobowe.

Wymagania bardzo wysokie E90 (P90) 90 min

• Urządzenia zasilania bezpieczeństwa: zespoły spalinowo-elek-tryczne, zasilacze statyczne UPS,

• Ewakuacyjne dźwigi łóżkowe,• Pompy tryskaczowe, pompy hydrantowe, inne pompy pożarnicze,• Urządzenia oddymiania i odprowadzania ciepła,• Urządzenia napowietrzania ciągów komunikacyjnych i szybów

dźwigowych,• Dźwigi pożarnicze, pompy odwadniające szybów dźwigów

pożarniczych.

Już w trakcie ewakuacji tak rychło, jak to możliwe, powinno się rozpocząć gaszenie pożaru. Bezzwłocznie mogły zostać uruchomione samoczynne urządzenia gaśnicze, np. tryskaczowe, jeśli one w obiekcie występują. Urządzenia związane z gaszeniem po-żaru wymagają zdolności podtrzymania funkcji co najmniej przez 90 min (tabl. 1).

Przy zasilaniu instalacji i  obwodów bezpieczeństwa obowiązują pewne za-ostrzone wymagania, zmierzające do zapewnienia ciągłości ich pracy: • Przewody obwodów zasilania urządzeń stosowanych w systemach zasilania i ste-

rowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej powinny mieć kla-sę odporności ogniowej lub klasę podtrzymania funkcji w  wymaganym czasie. Orientacyjne dane z tabl. 1 przed praktycznym wykorzystaniem należy zweryfi-kować w aktualnych normach i przepisach.

• Trasy przewodowe obwodów należących do systemów zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej powinny być oddzielone od tras przewodów innych obwodów.

• Przewody, o których mowa, powinny być tak dobierane i tak układane, aby były odporne na zwarcia międzyprzewodowe i zwarcia doziemne.

• Zabezpieczenia zwarciowe obwodów, o  których mowa, powinny być dobrane (wkładki topikowe) bądź nastawione (wyzwalacze zwarciowe wyłączników) co najmniej o jeden stopień wyżej niż w zwykłych obwodach, aby zapobiec zbędnym wyłączeniom.

• W  obwodach, o  których mowa, należy unikać zabezpieczeń przeciążeniowych. W  przypadkach koniecznych należy rozważyć zabezpieczenie przeciążeniowe dwustopniowe, z pierwszym stopniem działającym na sygnał.

Page 4: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

34

• W torach zasilania obwodów odbiorczych systemów zasilania i sterowania urzą-dzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej powinna być zapewniona całko-wita selektywność zabezpieczeń.

• W  instalacjach systemów zasilania i sterowania urządzeń służących ochronie przeciwpożarowej nie należy stosować układu TN-C.

2. Badanie ognioodporności przewodów Ognioodporności przewodu nie należy mylić z ciepłoodpornością. Przewód cie-

płoodporny to przewód przystosowany do pracy w temperaturze otoczenia wyższej niż 70 °C1, czyli wyższej niż popularne przewody o izolacji dawniej z gumy natural-nej, a obecnie ze zwykłego polwinitu. Do tej kategorii wolno zaliczyć już przewody o klasie ciepłoodporności (ang. thermal class) zaledwie 90, tzn. przewody o wyrażo-nej w stopniach Celsjusza temperaturze granicznej dopuszczalnej długotrwale, okre-ślonej wskaźnikiem RTE (ang. Relative Thermal Endurance index): 90 ≤ RTE < 105 [11]. Niewiele zostanie z takiego przewodu nawet po krótkotrwałym pożarze, bo jest on wprawdzie ciepłoodporny, ale nie jest ognioodporny.

Przewód ognioodporny to przewód, który „przeżywa” pożar o określonym cza-sie trwania, wypełniając swoją funkcję, tzn. przesyłając energię bądź sygnał o wyma-ganej jakości, chociaż już po jednorazowym pożarze może być w stanie nienadającym się do dalszego użytkowania. Od przewodu ognioodpornego oczekuje się ponadto, aby nie przyczyniał się do rozwoju pożaru (nie rozprzestrzeniał płomienia i miał jak najmniejszy udział w gęstości obciążenia ogniowego) i by miał jak najmniejszy udział we wtórnych skutkach pożaru (emisja szkodliwych dymów). Te oczekiwania normy formułują w postaci ścisłych wymagań i precyzyjnych zasad ich sprawdzania. Muszą to być oczywiście przewody, które mają izolację, powłoki i osłony wyłącznie z mate-riałów bezhalogenowych.

Ognioodporność pojedynczego przewodu – klasyfikacja FEOgnioodporność przewodów niskonapięciowych według klasyfikacji FE od lat

sprawdza się według wieloarkuszowej normy PN-IEC 60331. Przeprowadza się próbę ciągłości obwodu z przewodem poddanym działaniu ognia, czyli monitoruje się cią-głość żył oraz stan izolacji zapewniający ciągłość przesyłu energii bądź informacji.

Poszczególne arkusze normy różnią się warunkami próby, ale z grubsza przebiega ona następująco (rys. 2 i 3). Próbkę przewodu o długości 1200 mm umieszcza się po-ziomo w odległości pionowej 75 mm nad liniowym palnikiem gazowym o długości 610 mm. Temperatura płomienia wynosi co najmniej 750 °C. Wyższej wartości (np. 830 °C, 950 °C) wymaga się w złożonych warunkach próby: płomień i udary mecha-niczne, płomień i natrysk wody, płomień oraz udary mechaniczne i natrysk wody. Do żył przewodu jest przyłożone napięcie równe jego napięciu znamionowemu (a 110 V

1 Punkt 3.2.5 nadal aktualnej normy PN-E-01002:1997 Słownik terminologiczny elektryki. Kable i prze-wody.

Page 5: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

35

w przypadku przewodów telekomunikacyjnych o żyłach metalowych) za pośrednic-twem bezpieczników z wkładkami topikowymi o prądzie znamionowym 3 A.

Rys. 2. Badanie ognioodporności przewodu w próbie ciągłości obwodu wg klasyfikacji FE (IEC 60331)

Rys. 3. Stanowisko firmy Alfanar do próby ciągłości obwodu wg IEC 60331-21

Wynik próby uważa się za pozytywny, jeśli podczas jej trwania żadna z wkładek topikowych nie zadziała, żyły zachowują ciągłość, a po upływie 12 h próbka daje się ponownie załączyć pod napięcie bez zadziałania którejkolwiek wkładki topikowej. Czas trwania próby ognioodporności wynosi od 30 min do 180 min, a pozytywny jej wynik upoważnia producenta do oznaczania przewodu klasą odporności ognio-wej FE (niem. Feuer-Einwirkung lub Flamme-Einwirkung) z liczbą określającą czas trwania próby w minutach (FE 30, FE 60, FE 90, FE 120 lub FE 180) i powołaniem normy, według której badanie przeprowadzono.

Page 6: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

36

Ognioodporność pojedynczego przewodu – klasyfikacja PHW oparciu o mandat M/117 Komisji Europejskiej [3], w celu ujednolicenia wy-

magań stawianych na wspólnym rynku przewodom ognioodpornym, przeznaczonym do stosowania w systemach zasilania i sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej oraz w  niektórych innych obwodach bezpieczeństwa, przygoto-wano dwie normy europejskie. Zastępują one wcześniejsze – formułujące różniące się wymagania – normy krajowe, zwłaszcza brytyjskie BS, niemieckie DIN i francuskie NF. Nowe normy dotyczą przewodów o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 600 V/1000 V, w tym przewodów o napięciu poniżej 80 V oraz przewodów światło-wodowych. Są to następujące dokumenty:• norma EN 50200, polski odpowiednik PN-EN 50200 [8], dotycząca badania

ognioodporności pojedynczych przewodów cienkich (o średnicy zewnętrznej nie większej niż 20 mm i przekroju żył nie większym niż 2,5 mm2),

• norma EN 50362, polski odpowiednik PN-EN 50362 [9], dotycząca badania ognioodporności przewodów o  większej średnicy (powyżej 20 mm do 45 mm włącznie).

Rys. 4. Badanie ognioodporności przewodu cienkiego w próbie ciągłości obwodu wg klasyfikacji PH (EN 50200) – ilustracja firmy Dätwyler

Badanie przewodów cienkich według normy EN 50200 przedstawia się na-stępująco (rys. 4). Próbka przewodu o  długości 1200 mm, wygięta w  kształt lite-ry U  (z  dwoma zgięciami pod kątem prostym i  poziomym odcinkiem u  dołu), na dolnym odcinku o długości 475 mm w rzucie poziomym, jest poddawana działaniu palnika wstęgowego o  długości 500 mm i  szerokości 10 mm, którego płomień ma stałą temperaturę 842 °C. Podczas próby płyta montażowa, służąca do umocowania próbki, jest co 5 min poddawana udarowi mechanicznemu, symulującemu narażenia

Page 7: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

37

mechaniczne podczas rzeczywistego pożaru. W tym celu widoczny nad płytą monta-żową (rys. 4) okrągły pręt stalowy o średnicy (25 ± 0,1) mm i długości (600 ± 5) mm, uprzednio odchylony od poziomu o kąt 60°, swobodnie opada na płytę.

Przez cały czas trwania próby żyły przewodu są pod napięciem znamionowym i  przez każdą z  nich przepływa prąd o  natężeniu co najmniej 0,25 A. Pozwala to monitorować stan obwodu: przerwanie ciągłości żył albo wystąpienie zwarcia. Czas trwania próby nie przekracza 120 min. Zależnie od zastosowania wymaga się od przewodu czasu przeżycia1 (ang. duration of survival) na ogół 30 min bądź 60 min (na czas ewakuacji) albo 90 min (na czas trwania ewakuacji oraz akcji gaśniczej) w sy-tuacjach wyszczególnionych w tabl. 1. Za kres czasu przeżycia uważa się:• w przypadku przewodu o żyłach metalowych – zanik napięcia u końca przewodu

wskutek przepalenia bezpiecznika w obwodzie badanej próbki albo przerwania ciągłości chociażby jednej z żył,

• w przypadku przewodu światłowodowego – wzrost tłumienności ponad dopusz-czalną wartość.Pozytywny wynik tej próby [8] upoważnia producenta do oznaczania przewodu

klasą odporności ogniowej PH wraz z liczbą określającą czas trwania próby ciągłości obwodu w minutach (PH 15, PH 30, PH 60, PH 90 lub PH 120).

Rys. 5. Sposób mocowania w próbie klasyfikacji PH przewodu o średnicy d z zakresu: 20 mm < d ≤ 45 mm

Badanie przewodów o większej średnicy według normy EN 50362 przedstawia się niemal identycznie. Różnice wynikają z większej średnicy przewodów, czyli więk-szej ich sztywności i większej wartości najmniejszego dopuszczalnego promienia gię-cia przewodu. Próbka przewodu o długości 1200 mm nadal jest wygięta w kształt litery U, ale z półokręgiem w dolnej części (rys. 5), w miejscu poziomego odcinka ze zgięciem na obu krańcach. Czas przeżycia każdego przewodu sprawdza się w czasie 120 min, jeżeli wcześniej nie wystąpi uszkodzenie i jeżeli norma produktowa na ba-dany kabel lub przewód nie ustala mniejszej wartości wymaganego czasu przeżycia.

1 W wielu materiałach firmowych to pojęcie jest mylnie nazywane trwałością. A tu chodzi nie o trwałość (w normalnych warunkach użytkowania), lecz o czas przeżycia (w warunkach ekstremalnych).

Page 8: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

38

Przewody ognioodporne klasy PH wymagają montażu na podłożu i przy użyciu osprzętu o klasie odporności ogniowej odpowiadającej klasie przewodu, ale te skład-niki kompletnego oprzewodowania w próbie nie uczestniczą i wynik próby ich nie dotyczy. Różnica między warunkami nowej próby PH a starszej próby FE polega na innym sposobie zamocowania próbki przewodu lub kabla, innej temperaturze pło-mienia oraz dodatkowego narażenia w postaci cyklicznych udarów mechanicznych na płytę montażową przewodu, powtarzanych co 5 min.

Badanie samego przewodu czy badanie przewodu wraz z systemem nośnym?Przewody ognioodporne, znacznie droższe od innych, mają nie tylko przetrwać

określony czas w pożarze, ale mają przez cały ten czas wypełniać swoją główną funk-cję – przesyłać energię bądź informację. Badaniu ognioodporności przewodu towa-rzyszy zatem sprawdzanie pełnej jego sprawności (ang. insulation integrity, circuit continuity, circuit integrity, niem. Isolationserhalt), czyli utrzymania zdolności speł-niania podstawowej funkcji. W  tym celu badanie przeprowadza się na przewodzie pod napięciem znamionowym i z przepływem niedużego prądu w żyłach. Pozytywny wynik badania jest uwarunkowany potwierdzeniem, że w badanym przewodzie nie wystąpiło zwarcie między jego żyłami ani przerwanie którejkolwiek z żył w całym czasie próby, a stan ten daje się potwierdzić również w przepisanym czasie (np. 12 h) po zakończeniu próby.

Zarazem od dawna stawiano sobie pytanie, czy i  na ile wynik takiego badania można w pełni odnosić do rzeczywistej instalacji, w której badany przewód nie wy-stępuje sam, lecz razem z podporami i zamocowaniem, co więcej – w większości przy-padków występuje w  sąsiedztwie innych przewodów, niekoniecznie jednakowych. Z tych wątpliwości zrodziła się koncepcja badania bardziej miarodajnego, obejmu-jącego kompletne oprzewodowanie, tzw. zespół kablowy, złożony z kabla bądź kabli, razem z ich podporami, elementami wsporczymi i mocującymi, a nawet z podłożem.

W Europie pierwszym dokumentem normalizacyjnym, ujmującym tego rodzaju próby, była norma niemiecka DIN 4102-12:1991-01 ze stycznia 1991 r. [15], znoweli-zowana siedem lat później i opublikowana jako DIN 4102-12:1998-11 [16]. Określa ona sposób przeprowadzania próby zdolności podtrzymania funkcji zespołu kablo-wego (niem. Funktionserhalt von elektrischen Kabelanlagen, ang. functional integrity albo circuit integrity1 maintenance of electric cable systems). Zasady te są do tej pory uznawane w większości krajów europejskich, bo są poparte wieloletnim doświadcze-niem praktycznego stosowania. Dopiero w ostatnich latach normalizacja europejska poważnie zajęła się tą dziedziną, o czym jest mowa w dalszej części opracowania.

1 Circuit integrity – ability of an electric cable to continue to operate in a designated manner whilst sub-jected to a specific source of heat for a specified period of time under specified conditions – wg prEN 50577:2013-11 [10].

Circuit integrity (CI) cable – cable used for remote control, signaling, or power-limited systems that supply critical circuits to ensure survivability for continued circuit operation for a specified time under fire conditions – wg UL 2196:2004.

Page 9: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

39

3. Badanie zdolności podtrzymania funkcji zespołów kablowych – klasyfikacja E

Pojęcie zdolności podtrzymania funkcjiKlasę podtrzymania funkcji zespołu kablowego, czyli klasę podtrzymania funk-

cji kompletnego oprzewodowania wraz z  podporami i  osprzętem, przyznaje się po przeprowadzeniu próby jego przeżycia w piecu symulującym warunki pożaru. Nor-ma DIN 4102-12 [16] formułuje procedury badawcze w  odniesieniu do wszelkich przewodów i kabli elektroenergetycznych niskiego napięcia (o napięciu znamiono-wym nieprzekraczającym 1 kV), w tym przewodów szynowych oraz kabli telekomu-nikacyjnych o żyłach metalowych. Norma niemiecka nie dotyczy zatem kabli elek-troenergetycznych wysokiego napięcia ani kabli czy przewodów światłowodowych.

Przyjmuje się, że z natury rzeczy zdolność podtrzymania funkcji mają i nie wy-magają jej doświadczalnego potwierdzenia następujące wykonania tras kablowych:• ułożenie kabla w ziemi,• ułożenie kabla w podłodze pod warstwą jastrychu o grubości co najmniej 30 mm.

Tej ostatniej zasady nie należy rozciągać na zwykłe ułożenie przewodów pod tynkiem, chociaż mają atesty rozwiązania polegające na układaniu przewodów (ka-bli) mocowanych za pomocą specjalnych obejm pod tynkiem o grubości co najmniej 15 mm.

Próbie poddaje się zespół kablowy, czyli kompletne oprzewodowanie: kable lub inne przewody ognioodporne wraz z całym systemem nośnym – podłożem, podpo-rami (drabinkami, korytkami, kanałami) i częściami do ich mocowania (uchwytami, wieszakami, klamrami, kołkami, śrubami), a także puszkami instalacyjnymi. Wynik próby dotyczy przebadanego zespołu kablowego i  w  zasadzie może być odnoszony tylko do układów identycznych w każdym szczególe. Odstępstwo można uczynić dla zespołu, który w próbie miałby ewidentnie korzystniejsze warunki do przeżycia, bo na przykład zawiera mniejszą liczbę kabli i przewodów (tego samego typu, tego same-go producenta i  identycznie ułożonych). Okoliczności dopuszczające rozszerzającą interpretację wyników próby są wyjaśnione niżej. Dopuszczalność innych odstępstw powinna być potwierdzona orzeczeniem uprawnionego instytutu badawczego.

Norma w  ogóle nie zajmuje się kwestią zmniejszenia obciążalności roboczej przewodów poddanych próbie podtrzymania funkcji, która jest wynikiem dwóch zjawisk: ogromnym wzrostem temperatury otoczenia przewodów od zwykłej warto-ści (25÷40) °C do kilkuset i więcej stopni Celsjusza i jednoczesnego kilkakrotnego zwiększenia rezystancji ich żył. Widocznie autorzy normy uznali, że nie ma potrze-by doświadczalnego sprawdzania czegokolwiek podczas próby w  piecu, wystarczy w trakcie projektowania instalacji za pomocą prostych obliczeń ocenić sytuację i zde-cydować o środkach zaradczych.

Piec do badania zdolności podtrzymania funkcji zespołów kablowychPróbę podtrzymania funkcji zespołów kablowych przeprowadza się w sposób na-

stępujący. Stanowisko badawcze mieści się w komorze pieca symulującej pożar (niem.

Page 10: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

40

Brandraum) o wymiarach co najmniej b × l × h = 2000 mm × 3000 mm × 2500 mm (rys. 6).

Rys. 6. Piec do badania zdolności podtrzymania funkcji zespołów kablowych wg normy DIN 4102-12 (na pierwszym planie krzywa pożarowa celulozowa) – ilustracja firmy Dätwyler

Badane zespoły kablowe starannie mocuje się (rys. 7) w komorze pieca poziomo (na suficie, na ścianie, na drabinkach, w korytkach, w kanałach), a ich końce wystają poza komorę, aby można przyłączyć do nich napięcie i  monitorować ciągłość żył. Wymagana długość próbek obejmuje zatem długość komory (co najmniej 3000 mm), podwojoną grubość ścian komory oraz naddatki po obu stronach poza komorą dla celów łączeniowych i pomiarowych.

Rys. 7. Wnętrze pieca do badania zdolności podtrzymania funkcji wg DIN 4102-12 w  trak-cie przygotowań do badania podpór kablowych: kanałów, korytek i drabinek – ilustracja firmy Dätwyler

Page 11: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

41

Podczas próby między żyłami kabli elektroenergetycznych utrzymuje się napięcie 400 V, a  między żyłami kabli telekomunikacyjnych napięcie 110 V i  wymusza się przepływ niewielkiego prądu przez wszystkie żyły (rys. 8). Te zasady nie obowiązują, jeżeli podczas próby podtrzymania funkcji nie monitoruje się stanu kabli, bo próbie klasyfikacyjnej poddaje się same podpory kablowe (drabinki, korytka, kanały), a ka-ble służą tylko do ich wypełnienia i obciążenia jak na rys. 7.

Rys. 8. Sposób monitorowania każdej próbki przewodu elektroenergetycznego w próbie podtrzy-mania funkcji E. 1 – uzwojenia wtórne transformatora, 2 – zabezpieczenie nadprądowe 2 A, 3 – lampki kontrolne, 4 – badany przewód wielożyłowy, 5 – ew. ekran przewodzący przewodu, 6 – ew. metalowa podpora kablowa

Poddawane sprawdzeniu zespoły kablowe instaluje się w komorze w sposób wska-zany w zamówieniu klienta (na uchwytach ściennych lub sufitowych, na drabinkach, w  korytkach lub w  kanałach itp.). Protokół badania będzie zawierał opis sposobu montażu i  szczegółową specyfikację wszystkich wspomnianych elementów, łącznie z najdrobniejszym osprzętem i do takiego sposobu montażu będzie się odnosił wynik badania i klasa podtrzymania funkcji w razie pozytywnego wyniku próby.

a) b)

Rys. 9. Wnętrze pieca: a) w trakcie próby; b) po próbie (wynik próby jest pozytywny, jeśli mimo widocznych zniszczeń w  przewidywanym czasie próby funkcja zespołów kablowych była pod-trzymana) – ilustracje firmy Dätwyler

Podczas próby, za pomocą odpowiednio rozmieszczonych palników gazowych o dużej mocy, badane obiekty poddaje się (rys. 9) działaniu płomieni o temperatu-

Page 12: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

42

rze wynikającej z krzywej pożarowej normowej (niem. Einheits-Temperaturzeitkurve ETK), nazywanej w Polsce krzywą celulozową, osiągającej 842 °C po 30 min, 945 °C po 60 min i 1006 °C po 90 min.

Oznaczenie klasy przyznawanej zespołom kablowym na podstawie próby według normy DIN 4102-12 zawiera literę E oraz liczbę podającą gwarantowany czas pod-trzymania funkcji w minutach. Przypisuje się klasę E 30, E 60 bądź E 90, jeżeli po ta-kim czasie próby jej wynik jest pozytywny, tzn. żyły zachowują ciągłość i nie zadziała żadna z wkładek topikowych sygnalizujących zwarcie. Przykładowo oznaczenie E 30 informuje, że czas przeżycia (ang. duration of survival) badanego zespołu kablowego w przeprowadzonej próbie był nie mniejszy niż 30 min, ale nie osiągnął 60 min.

Badania klasyfikacyjne E podpór kablowychSposób badania podpór wystarczy prześledzić na przykładzie badania kanałów

kablowych. Przy atestowaniu jednorodnej rodziny konstrukcyjnej kanałów kablo-wych należy do badań wybrać kanał o największym przekroju oraz kanał o najmniej-szym przekroju, jednak nie mniejszym niż 100 mm × 100 mm. Wyniki badania będą się odnosiły również do przekrojów pośrednich. Kanały mocuje się w komorze pieca w  sposób i  przy użyciu mocowań wskazanych przez zamawiającego. Kanały są badane przy działaniu ognia z  czterech stron. Odstępy między kanałami i  mię-dzy nimi a  sufitem powinny wynosić co najmniej 250 mm. Ewentualne elementy wentylacyjne kanałów również podlegają badaniu, wobec tego powinny być na wła-ściwym miejscu. Przy badaniu klasyfikacyjnym samych kanałów układa się w nich wskazane w  normie zastępcze odcinki kabli ognioodpornych (bez monitorowania ich stanu), odwzorowujące rzeczywiste warunki użytkowania. W  czasie badania obciążenie kanałów przypadające na jednostkę długości powinno być równomier-ne i równe największemu dopuszczalnemu. W razie potrzeby dokłada się obciążenie zastępcze w postaci stalowego łańcucha (rys. 9b) tak umocowanego, by nie mógł się przemieszczać w czasie badania. Jak wynika z tego opisu próby, badaniu zawsze pod-legają zespoły kablowe (z zastępczymi kablami i ew. z łańcuchami odwzorowującymi masę kabli), chociaż wytwórca podpór kablowych (np. kanałów kablowych) zamawia i opłaca badanie klasyfikacyjne samych podpór.

Badania klasyfikacyjne E kabliDo badania klasyfikacyjnego kabli elektroenergetycznych używa się kabli czte-

rożyłowych. Dla każdego rodzaju kabla i sposobu ułożenia bada się dwie identyczne próbki o  najmniejszym przekroju żył oraz dwie identyczne próbki o  przekroju żył 50 mm2 lub większym. Przy badaniu kabli oraz przewodów telekomunikacyjnych dla każdego rodzaju kabla i sposobu ułożenia bada się po dwie próbki o najmniejszej liczbie żył bądź par żył.

Standardowe wykonania zespołów kablowychZespoły kablowe o samoistnej zdolności podtrzymania funkcji (niem. Kabelan-

lagen mit integriertem Funktionserhalt), tzn. bez ognioodpornych obudów czy po-

Page 13: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

43

dobnych środków, mogą być wykonywane i są sprawdzane w próbie zdolności pod-trzymania funkcji dla następujących sposobów ułożenia: • ułożenie kabli na drabinkach kablowych,• ułożenie kabli w korytkach kablowych,• ułożenie kabli w kanałach kablowych,• ułożenie kabli bezpośrednio na suficie lub na ścianie za pomocą uchwytów albo

obejm.Poza zespołami kablowymi o  samoistnej zdolności podtrzymania funkcji jest

możliwe inne wykonanie (rys. 10, 11), polegające na zapewnieniu zdolności podtrzy-mania funkcji przez ułożenie zwykłych przewodów i  ich osprzętu w  ognioodpor-nych termoizolacyjnych kanałach (niem. Funktionserhalt mit Brandschutzkanälen). Takie wykonanie również jest sprawdzane w  próbie podtrzymania funkcji według norm DIN 4102-11 i  DIN 4102-12. Nie ma wtedy problemu ognioodporności sa-mych przewodów, a ponadto nie uwzględnia się ich przy obliczaniu gęstości obciąże-nia ogniowego, bo do tych przewodów ogień nie dociera.

Podpory kablowe (drabinki, korytka, kanały, uchwyty, obejmy, klamry) powinny być mocowane do stropu masywnego lub do ściany masywnej, tzn. na litym podłożu o wytrzymałości, jaką zapewnia beton klasy co najmniej B25 (mieszanka betonowa C20/25) lub kamień naturalny [19, 20]. Dopuszcza się inne materiały budowlane mające odpowiednią wytrzymałość i atest odporności ogniowej równej co najmniej klasie podtrzymania funkcji kabla lub zespołu kablowego, czyli z zasady co najmniej E 90. Takich atestów wymaga się również od stalowych kotew i kołków, śrub i na-krętek, cięgieł oraz innych elementów służących do mocowania podpór kablowych. Tuleje i kołki rozporowe M8, M10 i M12 powinny być wpuszczone w beton na głę-bokość co najmniej 60 mm, a M6 – na 30 mm [20]. Siła naciągu wywierana na kołek nie powinna przekraczać 500 N. Dopuszcza się inne równoważne wykonania, jeżeli ich przydatność pod względem bezpieczeństwa pożarowego została potwierdzona w próbie. Nieustannie pamiętać trzeba, że zespół kablowy jest tyle wart, ile jego naj-słabsze ogniwo.

Rys. 10. Budowa termoizolacyjnego ognio- odpornego kanału kablowego

Rys. 11. Przykład mocowania pod stropem termoizolacyjnych ognioodpornych kanałów kablowych

Page 14: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

44

Stawia się pewne wymagania odnośnie do podpór kablowych i  ich mocowania, uwzględniające znaczne (nawet o 50%) obniżenie wytrzymałości stali i innych ma-teriałów konstrukcyjnych, w tym podłoża, w warunkach pożaru. Przede wszystkim w zastosowaniach wymagających zdolności podtrzymania funkcji wszelkie podpo-ry i zawieszenia podlegają obliczeniom wytrzymałościowym. Wieszaki i wysięgniki powinny być tak zwymiarowane, aby ich obliczeniowe naprężenie rozciągające przy klasie podtrzymania funkcji E 30 nie przekraczało 9 N/mm², a przy klasie E 90 – 6 N/mm².

Rys. 12. Standardowy sposób mocowania korytka kablowego o gwarantowanej klasie podtrzy-mania funkcji – OBO Bettermann

Standardowe drabinki i korytka kablowe powinny być podpierane bądź podwie-szane w  odstępach co 1200 mm. Zawieszanie ich na suficie (rys. 12) wymaga wie-szaków z wysięgnikami przytwierdzonymi do wieszaków za pomocą spawania albo połączeń gwintowych, a  u  końca wysięgników – dodatkowego zawieszenia za po-mocą wieszaka w postaci gwintowanego pręta; niektóre nowsze wykonania drabinek i korytek nie wymagają takiego podwójnego zawieszenia na suficie.

Przy układaniu na drabinkach i  w  korytkach należy zważać, aby odległość w świetle kabli od bocznych kształtowników drabinki lub korytka nie była mniejsza niż 30 mm. Oba boczne kształtowniki powinny mieć osobne podpory lub wieszaki. Ponadto obowiązują następujące zasady wykonań standardowych:• Szerokość korytka kablowego wynosi 300 mm, a największe dopuszczalne obcią-

żenie 10 kg/m.• Szerokość drabinki kablowej wynosi 400 mm, a największe dopuszczalne obcią-

żenie 20 kg/m.

Page 15: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

45

• Wysokość bocznych kształtowników (dźwigarów, belek) drabinki wynosi 60 mm, a grubość blachy 1,5 mm.

• Odległość między kolejnymi szczeblami drabinki wynosi 150 mm.• Łączenie kolejnych odcinków drabinek bądź korytek kablowych powinno się od-

bywać w połowie przęsła (w połowie odległości między punktami podparcia lub zawieszenia).Przy układaniu kabli i innych przewodów na suficie rozróżnia się dwa warianty:

1) Układanie kabli na kształtownikach przy użyciu umocowanych do nich obejm kabłąkowych bez rynienek (rys. 13) albo z  rynienkami ochronnymi krótkimi bądź długimi (rys. 14). Kable mocuje się w odstępach od 600 mm do 1200 mm zależnie od ich sztywności i sposobu mocowania.

2) Układanie kabli bezpośrednio na suficie z  mocowaniem za pomocą uchwytów pojedynczych bądź klamer (rys. 15) w odstępach co 300 mm.

Rys. 13. Mocowanie kabli pojedynczo na suficie na kształtownikach za pomocą obejm kabłąko-wych bez rynienek ochronnych – Dätwyler

Rys. 14. Mocowanie kabli na kształtownikach za pomocą obejm kabłąkowych z  rynienkami długimi – OBO Bettermann

Page 16: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

46

Podczas badania w piecu próbki są narażone na dylatację, wobec czego kable na-leży układać luźno, a  średnicę uchwytów pojedynczych dobierać co najmniej o  je-den stopień większą niż średnica zewnętrzna kabla. W razie potrzeby zginania ka-bla, promień zginania powinien mieć wartość najmniejszą dopuszczalną, aby próba uwzględniała najgorsze możliwe warunki. Przy projektowaniu instalacji trasy kablo-we systemów zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpo-żarowej należy tak sytuować, aby nie były narażone na uszkodzenia w  warunkach pożaru przez spadające elementy konstrukcji budynku lub spadające części innych instalacji. Mogłoby to zagrozić gwarantowanej zdolności podtrzymania funkcji ze-społu kablowego.

Oprócz zespołów kablowych systemy zasilania i  sterowania urządzeniami słu-żącymi ochronie przeciwpożarowej zawierają puszki przelotowe i rozdzielcze, mufy i  inne elementy. Również w stosunku do nich i  ich mocowania odnoszą się wyma-gania określonej klasy ognioodporności PH lub E. Podobne wymagania dotyczą uszczelnienia przejść instalacyjnych [5] przez przegrody budowlane (ściany i sufity) będące oddzieleniami stref pożarowych oraz pomieszczeń wydzielonych pożarowo, przez które prowadzi się zespoły kablowe o gwarantowanej zdolności podtrzymania funkcji.

Rys. 15. Mocowanie wiązek kabli na suficie za pomocą klamer – OBO Bettermann

Próbę podtrzymania funkcji przeprowadza się przy poziomym ułożeniu kabli, bo – jak się ocenia – pokrywa to prawie 90% zastosowań kabli i innych przewodów ognioodpornych w instalacjach wymagających sprawdzenia zdolności podtrzymania funkcji. Wynik próby wolno odnosić również do pochyłego bądź pionowego ułoże-nia przebadanych systemów kablowych, pod warunkiem że na trasach pionowych kable zostaną należycie umocowane w odstępach nieprzekraczających 3,5 m.

Kable, które zostały pomyślnie sprawdzone na standardowych podporach ka-blowych, bez dodatkowych badań mogą być układane na – sprawdzonych z  pozy-

Page 17: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

47

tywnym wynikiem – standardowych podporach kablowych innych producentów. Natomiast jeżeli próbę przeprowadzono na zespole kablowym z  podporą kablową odbiegającą od wykonania standardowego, to wydane świadectwo dotyczy wyłącz-nie zespołu kablowego w wykonaniu, które zostało poddane badaniu.

Zespół kablowy powinien być tak wykonany, aby nie mógł szkodliwie oddziały-wać na sąsiadujące elementy budowlane. Może być mocowany tylko do takich części budowli, których klasa odporności ogniowej jest nie mniejsza niż postulowana klasa podtrzymania funkcji tegoż zespołu.

Raporty z badań, orzeczenia, aprobaty techniczneW  wyniku pomyślnego przebiegu i  pozytywnego wyniku próby wydaje się ra-

port z badań wraz z orzeczeniem (niem. Gutachterliche Stellungnahme) stwierdzają-cy, że wyrób poddany próbie spełnia wymagania stawiane przez przepisy budowlane i przez normę DIN 4102-12:1998-11 [16]. Takie dokumenty zleceniodawcom z wie-lu krajów wydaje przede wszystkim Instytut Badania Materiałów dla Budownictwa w Brunszwiku (Materialprüfanstalt für das Bauwesen, MPA Braunschweig). Wiele takich dokumentów można znaleźć w Internecie wpisując w wyszukiwarce w języku niemieckim podaną wyżej nazwę dokumentu i nazwę instytutu albo jego akronim MPA.

Orzeczenie jest ważne dla poddanych sprawdzeniu kabli określonego typu i okre-ślonego producenta, łącznie z użytą podczas sprawdzenia konstrukcją nośną określo-nego rodzaju i określonego producenta. Przenoszenie wyników badań na konstruk-cje nośne względnie kable innych producentów w  zasadzie jest niedopuszczalne. Orzeczenie wydane dla określonego zespołu kablowego nie ma zastosowania dla zba-danego w nim kabla, jeżeli zostanie on ułożony na innym systemie nośnym niż ten, który brał udział w badaniu. To samo dotyczy systemów nośnych kabli; orzeczenie nie jest ważne, jeśli system nośny zostanie zastosowany do innego kabla lub kabli niż te, z którymi był on poddany badaniu.

Jeżeli jednak konstrukcja nośna została uznana za standardową konstrukcję nośną w myśl normy DIN 4102-12, wówczas – bez ponownego sprawdzania – może być użyta z przewodami bądź kablami, które poddane zostały próbom sprawdzają-cym na innych (co do typu i  producenta) standardowych konstrukcjach nośnych, spełniających wymagania normy.

Oprzewodowanie złożone z  określonej konstrukcji nośnej E 90 i  na przykład przewodu bezhalogenowego NHXCH, FE 180 może być w  wyniku próby według DIN 4102-12 sklasyfikowane jako E 30, E 60 bądź E 90, w zależności od sposobu ułożenia przewodów oraz od liczby i przekroju żył.

Przy tej sposobności warto wyjaśnić powody dużej różnicy czasu przeżycia w po-żarze, występującej w  różnych systemach klasyfikacyjnych, np. FE 180/E 90. Do-tychczasowa klasyfikacja FE – podtrzymania stanu izolacji samego przewodu pod-czas długotrwałego działania ognia – wskazuje ile minut swobodnie zamocowany pojedynczy przewód lub kabel, poddany działaniu płomienia o temperaturze 750 °C,

Page 18: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

48

zachowuje zdatność ruchową w  warunkach pożaru nie doznając zwarcia ani prze-rwania żył. Natomiast podczas próby zdolności podtrzymania funkcji E 90 przewód występuje jako składnik kompletnego oprzewodowania, a temperatura w piecu na-rasta do wartości 1006 °C, przy czym już w 17. minucie próby przekracza 750 °C. Nie lepiej przedstawia się to porównanie w przypadku nowej klasyfikacji PH. Kable atestowane według normy brytyjskiej BS EN 50200:2006 jako PH 120, czyli o czasie przeżycia 120 min, Firma Dätwyler Cables poddała sprawdzeniu według normy DIN 4102-12-1998. Większość z nich doznała zwarcia między żyłami1 już po 10 min.

Producenci podpór kablowych oraz producenci ognioodpornych kabli i  innych przewodów zabiegają o atesty i chętnie je publikują w sieci. W protokółach z badań są wyszczególnione przewody bądź kable, z którymi była badana podpora kablowa, bądź są wyszczególnione systemy nośne (zwłaszcza podpory kablowe) – w przypadku badań kabli albo innych przewodów.

Najmniej problemów jest w  przypadku standardowej konstrukcji nośnej. Taki status mają konstrukcje uznanych niemieckich producentów, a  także współpra-cujących z  nimi producentów polskich (np. NIEDAX, OBO Bettermann, PUK). W przypadku zastosowania standardowej konstrukcji nośnej i przewodu bądź kabla sprawdzonego na innej standardowej konstrukcji nośnej wystarcza oddzielne orze-czenie dla tej konstrukcji i oddzielne dla kabla bądź przewodu.

W wydanym świadectwie zespół kablowy jest identyfikowany przez podanie na-stępujących informacji: • Nazwa producenta zespołu kablowego• Oznaczenie zespołu według świadectwa nadzoru budowlanego• Klasa podtrzymania funkcji• Numer świadectwa nadzoru budowlanego AbP (niem. Allgemeines bauaufsicht-

liches Prüfzeugnis)• Rok wykonania zespołu

Przy odbiorze zespołu kablowego przez rzeczoznawcę sprawdza się tylko zgod-ność wykonania zespołu ze świadectwem nadzoru budowlanego. Podobnemu spraw-dzeniu i  klasyfikacji zdolności podtrzymania funkcji podlegają takie nieodzowne składniki instalacji bezpieczeństwa, jak puszki instalacyjne, a  także rozdzielnice i  sterownice, choć te dwa ostatnie rodzaje urządzeń podlegają klasyfikacji E tylko w  niektórych zastosowaniach. Rozdzielnice szafowe o  dużym prądzie znamiono-wym, w  systemach zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie prze-ciwpożarowej, umieszcza się w osobnych pomieszczeniach, wydzielonych pożarowo za pomocą elementów oddzielenia pożarowego (ścian, stropów, drzwi, uszczelnień przejść instalacyjnych) o klasie odporności ogniowej co najmniej równoważnej wy-maganej klasie podtrzymania funkcji rozważanych urządzeń przeciwpożarowych. W przypadku rozdzielnic tablicowych o małym prądzie znamionowym oraz sterow-nic wchodzi w rachubę wyposażenie ich w obudowy o atestowanej ognioodporno-ści przez czas odpowiadający wymaganej klasie podtrzymania funkcji rozważanych urządzeń służących ochronie przeciwpożarowej.

1 www.cabling.datwyler.com/fileadmin/mediapool/userfiles/download/en50200zudin4102-12-engl.pdf

Page 19: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

49

W  Niemczech wykonawca instalacji bezpieczeństwa jest obowiązany wystawić świadectwo zgodności stwierdzające, że zainstalowane przez niego obwody rozdziel-cze i  odbiorcze określonej klasy podtrzymania funkcji zostały wykonane zgodnie ze świadectwem bądź świadectwami nadzoru budowlanego AbP, przedstawionymi odpowiednio przez producenta użytych kabli, producenta użytych podpór kablo-wych bądź producenta innych elementów instalacji (przewodów szynowych, puszek instalacyjnych, rozdzielnic i sterownic). Wykonawca powinien też w trwały sposób oznaczyć wykonaną instalację, umieszczając tabliczki z  następującymi informacja-mi: nazwa producenta zastosowanego przewodu lub kabla (zespołu kablowego), data montażu, numer świadectwa AbP.

W Polsce aprobatę techniczną dotyczącą ognioodporności może wydać – na pod-stawie oryginalnego świadectwa upoważnionego instytutu badawczego (np. wspo-mnianego wyżej MPA w  Brunszwiku) – Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej w  Józefowie k/Otwocka, Dział Aprobat Technicznych. Jest to jednostka notyfikowana przez Komisję Europejską w zakresie dyrektywy budowla-nej 89/106/EEC Wyroby budowlane oraz dyrektywy 89/686/EEC „Środki ochrony indywidualnej”. Do lipca 2009 r. certyfikaty i aprobaty CNBOP wydawał oddzielnie na kable lub przewody i oddzielnie na systemy nośne kabli, czyli podpory kablowe i ich zamocowania. Od 8 lipca 2009 r. weszła w życie kolejna nowelizacja rozporzą-dzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki ich usytuowanie [1], która w § 187.3 wprowadziła pojęcie zespołu kablowego i wymaga-nie jego całościowej oceny. Od tej daty certyfikaty i  aprobaty są wydawane przez CNBOP na zespoły kablowe.

4. W oczekiwaniu na Normę Europejską EN 50577 oraz klasyfikację P Już w roku 1998 we wstępie do nowelizowanej normy DIN 4102-12 [16] nadmie-

niono, że strona niemiecka proponuje Europejskiemu Komitetowi Normalizacyjne-mu CEN, by potraktował ją jako propozycję do dyskusji mającej na celu opracowanie równoważnej normy europejskiej. Prace nad nią przeciągają się, ostatni dokument roboczy [10] pochodzi z listopada 2013 r.

Norma europejska EN 50577 zmierza do poddania zespołów kablowych ogól-nym zasadom klasyfikacji ogniowej wyrobów budowlanych i elementów budynków, sformułowanym w normie EN 13501-3 [7]. Dotyczy standardowych wykonań zespo-łów kablowych zawierających kable bądź inne przewody elektroenergetyczne o na-pięciu znamionowym nieprzekraczającym 600 V/1000 V, czyli nie obejmuje prze-wodów telekomunikacyjnych ani kabli wysokiego napięcia. Zdolność podtrzymania funkcji zespołów kablowych ma być sprawdzana w piecu, w warunkach pożarowych określonych w wieloarkuszowej normie EN 1363 [4], czyli z wykorzystaniem krzy-wej pożarowej normowej (celulozowej). Zestaw sposobów ułożenia ma być szerszy niż w normie niemieckiej, ma obejmować również próbę podtrzymania funkcji przy ułożeniu i mocowaniu kabli w pionie.

Page 20: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

50

Ze względu na zmianę warunków probierczych wynik badania według normy EN 50577 nie musi być identyczny z wynikiem badania według normy DIN 4102-12, wobec czego będzie inaczej oznaczany, mianowicie literą P i  czasem trwania próby w  minutach (P 30, P 60, P 90, P 120). Do obwodów wchodzących w  skład systemów zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożaro-wej mają być zalecane zespoły kablowe klasy P 120, tzn. o zdolności podtrzymania funkcji w czasie co najmniej 120 min. Norma ma też zawierać wskazówki odnośnie do współczynników redukcyjnych obciążalności przewodów w  warunkach pożaru i właściwych środków zaradczych.

Autorzy normy zapewne mają dobre rozeznanie, jak w  innych częściach świata przedstawia się normalizacja w zakresie badania zdolności podtrzymania funkcji ze-społów kablowych. W Stanach Zjednoczonych są liczne dokumenty normalizacyjne IEEE oraz UL, dotyczące budownictwa ogólnego, ale również osobne dla przemysłu chemicznego (rafinerie!) i elektrowni jądrowych. W Australii i Nowej Zelandii jest norma AS/NZS 1660.5.5:2005 [17] o bardzo surowych wymaganiach: 2-godzinna próba podtrzymania funkcji w temperaturze 1030 °C z dodatkowymi narażeniami w postaci udarów mechanicznych i spryskiwania wodą zespołów kablowych.

5. Problemy doboru przekroju przewodów w  obwodach o  zdolności podtrzy-mania funkcjiPrzewody obwodów należących do systemów zasilania i sterowania urządzeniami

służącymi ochronie przeciwpożarowej powinny zachować zdolność podtrzymania funkcji w warunkach pożaru, przez czas określony ich klasą (E 30, E 60 bądź E 90), a wynikający z wymagań przepisowych. Powinny ją zachować mimo występujących wtedy ekstremalnych narażeń, w tym – znacznego wzrostu temperatury otoczenia, która w krańcowej sytuacji jest po prostu temperaturą pożaru. Wzrasta temperatu-ra żył przewodu i  nawet kilkakrotnie zwiększa się ich rezystancja. W  tym samym stopniu – jeżeli nie zmienia się znacząco wartość płynącego prądu – zwiększają się w każdym przewodzie:• strata mocy czynnej ∆P = I2·R, która jest mocą cieplną wywołującą „roboczy”

przyrost temperatury przewodu,• składowa czynna spadku napięcia ∆U  = I·R·cosφ, którą można utożsamiać ze

spadkiem napięcia, jeżeli przekrój przewodów wielożyłowych jest mały i/lub współczynnik mocy obwodu ma dużą wartość, np. nie mniejszą niż 0,90.

W obwodzie trójfazowym symetrycznym te wartości wynoszą odpowiednio: • ∆P = 3I2·R – strata mocy czynnej łącznie w trzech przewodach fazowych (linio-

wych),• ∆U  = 3I·R·cosφ – składowa czynna spadku napięcia odniesiona do napięcia

międzyprzewodowego obwodu.

Ważne zasady wstępne1) Zwiększenie rezystancji przewodów spowodowane temperaturą pożaru uwzględ-

nia się przy projektowaniu systemów zasilania i sterowania urządzeniami służą-

Page 21: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

51

cymi ochronie przeciwpożarowej. Szczególne okoliczności mogą uzasadniać ta-kie postępowanie w odniesieniu do innych obwodów bezpieczeństwa związanych z systemami krytycznymi.

2) Jeżeli obwód należący do systemu zasilania i sterowania urządzeniami przeciw-pożarowymi w całości znajduje się w obrębie jednej strefy pożarowej, to przyjmu-je się, że na całej długości obwodu przewody są poddane cieplnemu oddziaływa-niu pożaru przez czas wynikający z wymaganej klasy podtrzymania funkcji.

3) Jeżeli obwód należący do systemu zasilania i sterowania urządzeniami przeciw-pożarowymi przechodzi przez więcej niż jedną strefę pożarową, to przyjmuje się, że hipotetyczny pożar będzie ograniczony do jednej strefy pożarowej i tylko w jej obrębie przewody będą poddane cieplnemu oddziaływaniu pożaru. Za podstawę obliczeń przyjmuje się zatem długość najdłuższego odcinka przewodów rozpa-trywanego obwodu znajdującego się w jednej strefie pożarowej. Oczywiście trasę przewodów należy tak dobierać, aby w miarę możności minimalizować zarówno łączną jej długość, jak i długość obliczeniowego odcinka w każdej ze stref poża-rowych.

4) Można pominąć zwiększenie rezystancji przewodów w warunkach pożaru, jeżeli przewody są ułożone w ognioodpornych termoizolacyjnych kanałach kablowych. W  wymaganym czasie podtrzymania funkcji, nawet E 90, temperatura w  ich wnętrzu, według deklaracji większości producentów, nie przekracza 100 °C bądź 150 °C.

5) W obwodach oświetlenia awaryjnego z oprawami oświetleniowymi wyposażony-mi w indywidualne baterie akumulatorów nie stawia się żadnych wymagań od-nośnie do ognioodporności przewodów zasilających te oprawy. Takie odstępstwo wprawdzie nie znalazło się w § 187.51 rozporządzenia w sprawie budynków i ich usytuowania [1], ale należy do uznanych zasad wiedzy technicznej przestrzega-nych w krajach Unii.Należałoby rozstrzygnąć, jakie aspekty i  jakie skutki zwiększenia rezystancji

przewodów w  warunkach pożaru należy uwzględniać przy projektowaniu, odbio-rze i  sprawdzaniu instalacji. Powinny to określać normy bądź przepisy techniczne, nie pozostawiając dowolności interpretacyjnych w tak ważnej kwestii. Niewątpliwie należy tę sprawę brać pod uwagę przy wymiarowaniu przewodów ze względu na naj-większy dopuszczalny spadek napięcia. Jest natomiast kwestią dyskusyjną, czy i jak ją uwzględniać przy doborze obciążalności cieplnej przewodów.

Pozostaje też kłopotliwa sprawa sprawdzania skuteczności ochrony przeciwpora-żeniowej przez samoczynne wyłączanie zasilania, tym bardziej że w obwodach bez-pieczeństwa nie wchodzi w rachubę stosowanie wyłączników różnicowoprądowych. Nie służy sprawie lekkomyślne lansowanie w dokumencie normatywnym [13] warto-

1 § 187.5. Przewody i  kable elektryczne w  obwodach urządzeń alarmu pożaru, oświetlenia awaryjnego i łączności powinny mieć klasę PH odpowiednią do czasu wymaganego do działania tych urządzeń, zgod-nie z wymaganiami Polskiej Normy dotyczącej metody badań palności cienkich przewodów i kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających.

Page 22: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

52

ści 25 V (w projekcie normy nawet 12 V) jako napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale w rozważanych obwodach.

Temperatura żył i jej wpływ na rezystancjęRozważając korektę doboru przekroju przewodów ze względu na warunki poża-

rowe, kwestią niełatwą do rozstrzygnięcia jest wartość temperatury żył przewodów, jaką należałoby przyjąć za podstawę. W materiałach źródłowych [13, 16, 18, 19, 22, 23, 24] zalecenia na ten temat na ogół nie są należycie uzasadnione i są dość rozbież-ne.

Norma DIN 4102-12 [16] w Załączniku A (informacyjnym, a nie normatywnym) ledwie wspomina o tym problemie. Informuje, że żyły kabli ułożonych w ogniood-pornych kanałach w  końcu gwarantowanego czasu podtrzymania funkcji osiągają temperaturę nieprzekraczającą 150 °C. Natomiast w przypadku zespołów kablowych o samoistnej zdolności podtrzymania funkcji, w braku wiarygodnych danych, jako temperaturę żył załącznik A  zaleca uważać temperaturę pożaru. Jest oczywiste, że to drugie zalecenie jest przesadnie ostrożne i że prawdziwy obraz sytuacji mogłyby dać pomiary temperatury żył podczas próby podtrzymania funkcji według normy DIN 4102-12. Firma Dätwyler Cables dysponuje wynikami takich pomiarów wyko-nanych w próbie kabli swojej produkcji [19, 24]. Okazuje się, że obliczeniowa tempe-ratura żył osiąga następujące wartości:• tuż po 30 min – 420 °C, kiedy temperatura pożaru według krzywej normowej

wynosi 842 °C,• tuż po 90 min – 870 °C, kiedy temperatura pożaru według krzywej normowej

wynosi 1006 °C.Drugim powodem niepewności rozważań jest zależność rezystywności bądź

konduktywności materiału żył od temperatury. W zwykłych obliczeniach z zakresu instalacji elektrycznych nie wykracza się poza największą temperaturę przewodów dopuszczalną przy zwarciu, czyli 250 °C (350 °C dla gumy silikonowej). Na ogół akceptuje się wtedy założenie liniowej zależności rezystywności od temperatury ze współczynnikiem proporcjonalności, nazywanym temperaturowym współczynni-kiem rezystywności (α), o  wartości odpowiadającej temperaturze pokojowej, naj-częściej 20 °C. Przy dalszym zwiększaniu temperatury trzeba uciekać się do wzoru dwuczłonowego o dwóch współczynnikach temperaturowych (α, β) albo do wzoru oddającego tę zależność za pomocą funkcji potęgowej o wykładniku nieco większym od jedności, przy czym właściwa jego wartość zależy od rozważanego zakresu zmien-ności temperatury.

Zmierzając do jak najprostszych zaleceń praktycznych i biorąc pod uwagę dostęp-ne wyrywkowe wyniki pomiarów oraz rozważania w literaturze przedmiotu, moż-na zaproponować wskazówki zestawione w tabl. 2. Dla różnych klas podtrzymania funkcji podano w niej obliczeniową temperaturę żył przewodowych, jaką należałoby przyjmować za podstawę obliczeń instalacyjnych oraz odpowiadającą jej krotność zwiększenia rezystywności żył miedzianych w odniesieniu do temperatury 20 °C.

Page 23: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

53

Tablica 2. Obliczeniowa temperatura żył miedzianych i krotność zwiększenia ich rezystancji

Klasa podtrzymania funkcji

Temperatura pożaru w końcu czasu podtrzymania

Obliczeniowa temperatura przewodów

Krotność zwiększenia rezystywności miedzi

kp

– °C °C –

*) – 150 1,5

E 30 842 420 2,7

E 60 945 750 4,3

E 90 1006 870 4,9

*) Dotyczy kabli i przewodów w ognioodpornych termoizolacyjnych kanałach, których wnętrze jest wy-dzielone pożarowo. Klasa od E 30 do E 90.

Dobór przekroju przewodu ze względu na największy dopuszczalny spadek napięciaPrzekrój przewodu w obwodzie trójfazowym obciążonym symetrycznie, wyma-

gany ze względu na dopuszczalny spadek napięcia, przy pominięciu jego reaktancji, można obliczyć ze znanego [21] wzoru (1)

, (1)

w którym:s mm2 – wymagany przekrój przewodu,I A – prąd w rozważanej sytuacji (obciążenie robocze lub załączanie

obwodu),cosφ – – współczynnik mocy związany z prądem I,l m – długość przewodu,γ m/(Ώ·mm2) – konduktywność materiału żył przewodu w temperaturze 20 °C,ΔU % – największy dopuszczalny spadek napięcia w rozważanej sytuacji,U V – napięcie znamionowe obwodu.

Takie obliczenia przeprowadza się zawsze dla prądu obliczeniowego obwodu elektrycznego, czyli prądu roboczego zastępczego ze względu na skutki cieplne, do-puszczając spadek napięcia o wartości np. 3% w obwodzie odbiorczym. W obwodach silnikowych takie obliczenia przeprowadza się również dla prądu rozruchowego sil-nika (ogólnie – dla prądu załączeniowego obwodu), dopuszczając spadek napięcia o wartości zależnej od czasu rozruchu i innych okoliczności, np. 10% lub 15%.

W ogólnym przypadku w rozpatrywanym obwodzie o długości przewodu l = lp + lz można wyróżnić:• najdłuższy odcinek o długości lp ułożony w jednej strefie pożarowej, narażony na

działanie podwyższonej temperatury wskutek pożaru i obniżenie konduktywno-ści żył do wartości γ/kp (zwiększenie rezystywności do wartości ρ·kp),

UUlIs⋅∆⋅⋅⋅⋅⋅

=%

cos3100γ

ϕ

Page 24: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

54

• pozostałą część trasy przewodowej o długości lz, która z założenia nie może być jednocześnie narażona na działanie podwyższonej temperatury, wobec czego za-chowuje konduktywność żył na zwykłym poziomie.Biorąc to pod uwagę wzór na wymagany przekrój przewodu można napisać w po-

staci (2):

(2)

Oznaczając przez p względny udział długości odcinka pożarowego lp w stosunku do całkowitej długości trasy przewodu, można napisać zależności (3):

(3)

Ostatecznie wzór na wymagany przekrój przewodu przebiegającego przez różne strefy pożarowe przyjmuje postać (4):

(4)

Pominięcie reaktancji przewodu przy obliczaniu spadku napięcia jest dopusz-czalne (błąd obliczeń mniejszy niż 5%) w przypadku kabli i przewodów wielożyło-wych, jeżeli współczynnik mocy obwodu w  rozważanym stanie pracy jest wysoki, na przykład kiedy silnik pracuje przy znamionowym obciążeniu. Natomiast błąd byłby niedopuszczalnie duży (około 30% w rozważanej sytuacji) przy wymiarowaniu przewodu ze względu na dopuszczalny spadek napięcia przy rozruchu bezpośrednim silnika indukcyjnego, kiedy współczynnik mocy (wynikający z  argumentu impe-dancji zwarciowej silnika) początkowo jest nie większy niż 0,4. Dostosowując znany wzór na przekrój przewodu wymagany ze względu na dopuszczalny spadek napięcia, z uwzględnieniem jego reaktancji [21], otrzymuje się go w postaci przydatnej na po-trzeby przeprowadzanych tutaj obliczeń:

(5)

PrzykładNależy obliczyć wymagany ze względu na największy dopuszczalny spadek na-

pięcia przekrój przewodu zasilającego silnik indukcyjny klatkowy o  rozruchu bez-pośrednim zastosowany do napędu pompy pożarniczej hydrantowej. Wymagana jest klasa podtrzymania funkcji E 90. Przewód o całkowitej długości l = 140 m przecho-dzi przez trzy strefy pożarowe, przy czym jego długość w  poszczególnych strefach wynosi odpowiednio: 40 m w strefie I, 56 m w strefie II oraz 44 m w strefie III.

+

⋅∆⋅⋅⋅

= ppz kll

UUIs

γγϕcos3100

pll

orazpl

l zp −== 1

( )[ ]11cos3100−+

⋅∆⋅⋅⋅⋅⋅

= pkpUUlIs

γϕ

( )[ ]

1

11cos3100

⋅−

−+⋅⋅⋅⋅

∆⋅= ϕ

ϕγ tgx

kplIUUs

p

Page 25: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

55

Dane obwodu silnika są następujące:Napięcie znamionowe instalacji U = 400 V

Moc znamionowa silnika Pn = 15 kW

Prąd znamionowy silnika In = 27 A

Współczynnik mocy znamionowy silnika cosφn = 0,90 (tgφn = 0,48)

Prąd rozruchowy silnika ILR = 6 In = 6·27 = 162 A

Współczynnik mocy przy rozruchu (cosinus argumentu impedancji zwarciowej silnika)

cosφLR = 0,40 (tgφLR = 2,29)

Dopuszczalny spadek napięcia w obwodzie odbiorczym w warunkach roboczych

ΔUn = 3%

Dopuszczalny spadek napięcia w obwodzie odbiorczym przy rozruchu silnika

ΔULR = 10%

Całkowita długość przewodu zasilającego l = 140 m

Obliczeniowa długość przewodu narażonego na warunki pożarowe lp = max(40; 56; 44)

lp = 56 m

Względny udział długości odcinka pożarowego p = lp/l = 56/140 = 0,40

Konduktywność żył miedzianych w temperaturze 20 °C γ = 56 m/(Ώ·mm2)

Reaktancja przewodu wielożyłowego o przekroju od 6 mm2 do 35 mm2 x = 0,1·10-3 Ω/m

Obliczeniowa temperatura przewodów dla klasy podtrzymania funkcji E 90 T = 870 °C

Krotność zwiększenia rezystywności miedzi w temperaturze T kp = 4,9

Przekrój przewodu wymagany ze względu na dopuszczalny spadek napięcia w nor-malnych warunkach pracy, tzn. przy zasilaniu silnika obciążonego znamionowo:

(6)

Natomiast przekrój przewodu wymagany ze względu na dopuszczalny spadek na-pięcia przy rozruchu silnika:

(7)

( )[ ]

( )[ ]

22

1

3

1

259,23

48,0101,019,44,0190,0140273100

340056

11cos3100

mmmm

tgxkplI

UUs n

pnn

nn

→=

⋅⋅−

−+⋅⋅⋅⋅⋅

⋅= =

=

⋅−

−+⋅⋅⋅⋅

∆⋅=

ϕϕ

γ

( )[ ]

( )[ ]

1

3

1

29,2101,019,44,0140,01401623100

1040056

11cos3100tgx

kplIUUs LR

pLRLR

LRLR

=

22 253,23 mmmm →=

⋅⋅−

−+⋅⋅⋅⋅⋅

⋅=

=

⋅−

−+⋅⋅⋅⋅

∆⋅=

ϕϕ

γ

Page 26: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

56

Można zapytać, jakie byłyby wyniki tych obliczeń, gdyby pominąć oddziały-wanie cieplne pożaru na część długości trasy przewodu rozpatrywanego obwodu (lp = 56 m, p = 0,40). Wystarczy we wzorach (6) i (7) jako względny udział długości odcinka pożarowego wstawić wartość p = 0, aby to sprawdzić (rys. 16). Wyniki są następujące: sn = 9,0 mm2 10 mm2 sLR = 7,7 mm2 10 mm2

Zatem uwzględnienie oddziaływania cieplnego pożaru na odcinku 40% dłu-gości trasy przewodu rozpatrywanego obwodu sprawia, że wynikający z obliczeń – ze względu na spadek napięcia – wymagany przekrój przewodu okazuje się około 3-krotnie większy. Warunek (sn) daje wynik nieco ostrzejszy, ale oba warunki wska-zują ten sam przekrój znormalizowany przewodu.

Rys. 16. Najmniejszy dopuszczalny przekrój przewodu ze względu na spadek napięcia w wa-runkach roboczych (sn) i przy załączaniu obwodu (sLR) w zależności od względnej długości od-cinka pożarowego p w obwodzie o danych jak w rozważanym przykładzie

Dla wybranej wartości względnej długości p najmniejszy dopuszczalny przekrój przewodu rozpatrywanego w przykładzie obwodu wyznacza krzywa położona wyżej.

Gdyby rozpatrywany przewód niemal w całości (p = 0,9) znajdował się w jednej strefie pożarowej, to wynikający z obliczeń według wzoru (5) przekrój przewodu wy-magany ze względu na dopuszczalny spadek napięcia byłby 5-krotnie (w warunkach znamionowych), a nawet 7-krotnie (przy rozruchu) większy (rys. 16) niż w razie zu-pełnego pominięcia cieplnego oddziaływania pożaru na trasę przewodu: sn = 44 mm2 50 mm2 sLR = 53 mm2 75 mm2

Warunek (sLR) daje wynik większy o 20% niż warunek (sn) i przekrój znormalizo-wany większy o jeden stopień. Zważywszy, że wynik obliczeń 53 mm2 tylko o 6% prze-kracza najbliższy znormalizowany przekrój 50 mm2, projektant mógłby rozważyć, czy w toku obliczeń dane przybliżone nie były przyjmowane z przesadną ostrożnością.

Page 27: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Nr 184–185

Instalacje elektryczne

57

Przytoczony przykład obliczeniowy wykazuje, że przy projektowaniu instalacji związanych z  systemami zasilania i  sterowania urządzeniami służącymi ochronie przeciwpożarowej pominięcie cieplnego oddziaływania pożaru na rezystancję prze-wodów, od których wymaga się określonej klasy podtrzymania funkcji, jest niedo-puszczalne. Korzystając z  podanych zasad uwzględniania wzrostu temperatury na rezystancję przewodów można je zastosować również do innych podobnych obliczeń projektowych, jak obliczanie najmniejszej spodziewanej wartości prądu zwarciowe-go, czy sprawdzanie warunku samoczynnego wyłączania zasilania dla celów ochrony przeciwporażeniowej.

ZakończenieZ upływem lat w obrębie Unii Europejskiej nie tylko ujednolica się normy i prze-

pisy bezpieczeństwa, ale również porządkuje się je, likwidując białe plamy i wielo-letnie przemilczenia albo nie dość uzasadnione uproszczenia. Przykładem takich działań porządkujących może być przywołany w tym opracowaniu Mandat M/117 [3] dotyczący ujednolicenia wymagań stawianych przewodom ognioodpornym i ze-społom kablowym o zdolności podtrzymania funkcji. Z działaniami takimi, zmie-rzającymi do poprawy stanu bezpieczeństwa, mogą być związane zwiększone koszty inwestycyjne i/lub eksploatacyjne, ale w każdym przypadku wymagają one propago-wania nowych zasad wiedzy technicznej i przekonywania praktyków do ich sensow-ności i celowości przestrzegania.

Bibliografia 1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z  dn. 12.04.2002 r. w  sprawie wa-

runków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki ich usytuowanie (Dz.U. 2002, nr 75, poz. 690, z późn. zmianami).

2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerw-ca 2010 r. w  sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. Dz.U. 2010.109.719.

3. Mandate M/117 (Construct 96/2017 Rev. 1) Horizontal complement to the man-dates to CEN/CENELEC concerning the execution of standardisation work for the evaluation of construction products and elements in respect of their resistance to fire, 1997.

4. PN-EN 1363-1:2012P Badania odporności ogniowej – Część 1: Wymagania ogólne.

5. PN-EN 1366-3:2010P Badania odporności ogniowej instalacji użytkowych – Część 3: Uszczelnienia przejść instalacyjnych.

6. PN-EN 1838:2013E Zastosowania oświetlenia – Oświetlenie awaryjne. 7. PN-EN 13501-3+A1:2010 Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i ele-

mentów budynków – Część 3: Klasyfikacja na podstawie wyników badań odporności ogniowej wyrobów i elementów stosowanych w  instalacjach użyt-kowych w budynkach: ognioodpornych przewodów wentylacyjnych i przeciw-pożarowych klap odcinających.

Page 28: Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska - redinpe.com · 1U u Instalacje elektryczne 31 Edward MUSIAŁ Politechnika Gdańska OPRZEWODOWANIE ELEKTRYCZNE O ZDOLNOŚCI PODTRZYMANIA FUNKCJI

Instalacje elektryczne

58

8. PN-EN 50200:2006E Metoda badania palności cienkich przewodów i  kabli bez ochrony specjalnej stosowanych w obwodach zabezpieczających1.

9. PN-EN 50362:2003E Metoda badania palności przewodów i kabli energetycz-nych i sygnalizacyjnych o większych średnicach, bez ochrony specjalnej, stoso-wanych w obwodach zabezpieczających.

10. prEN 50577:2013-11 Electric cables – Fire resistance test for unprotected elec-tric cables (P classification).

11. PN-EN 60085:2008E Izolacja elektryczna – Ocena termiczna i oznaczenia. 12. PN-HD 60364-5-56:2010P Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część

5-56: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Instalacje bezpieczeństwa. 13. N SEP-005:2013 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń prze-

ciwpożarowych, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru. 14. DIN 4102-2:1977-09: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Bauteile,

Begriffe, Anforderungen und Prüfungen. 15. DIN 4102-12:1991-01 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Funk-

tionserhalt von elektrischen Kabelanlagen; Anforderungen und Prüfungen. 16. DIN 4102-12:1998-11 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Teil 12:

Funktionserhalt von elektrischen Kabelanlagen; Anforderungen und Prüfungen. 17. AS/NZS 1660.5.5:2005 Test methods for electric cables, cords and conductors.

Method 5.5: Fire tests – Circuit integrity. 18. Fröse H.-D.: Notwendiger Leiterquerschnitt bei Kabel- und Leitungsanlagen

mit Funktionserhalt im Brandfall. Elektro- und Gebäudetechniker, 1997, nr 23, s. 2226–2228.

19. Handbuch Funktionserhalt. Dätwyler Cables, 2. Auflage, 2007. 20. Mroczko G., Zboina J.: Dostawa energii elektrycznej do urządzeń przeciwpoża-

rowych. Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, 2013, nr 3, s. 111–121. 21. Musiał E.: Instalacje i urządzenia elektroenergetyczne. WSiP, Warszawa 2013. 22. Querschnittsdimensionierung von Kabel- und Leitungsanlagen mit Funk-

tionserhalt. Fachinformation des Österreichischen Elektrotechnischen Komi-tees (OEK), Dezember 2011.

23. Schmidt F.: Querschnitte bei Kabelanlagen in Funktionserhalt. Elektroprakti-ker, 2008, nr 5, s. 436–437.

24. Zemann, Junker, Kobrc: Querschnittsdimensionierung von Kabel- und Lei-tungsanlagen mit Funktionserhalt. OVE Österreichischer Verband für Elek- trotechnik, 2011.

1 Błędne tłumaczenie tytułu normy Method of test for resistance to fire of unprotected small cables for use in emergency circuits. Chodzi o obwody bezpieczeństwa wchodzące w skład systemów krytycznych (zob. przypis dolny na s. 38), a nie o jakieś nieokreślone obwody zabezpieczające.